基于微信公眾平臺的PBL大學物理實驗教學模式研究

段卓琦

(大理大學工程學院 云南 大理 671003)

1 前言

微信是2011年1月21日，騰訊公司正式推出的一款集通訊和社交功能于一體的即時通訊軟件.2012年8月騰訊公司又推出了微信公眾平臺，專門針對各類個人用戶以及團體用戶提供微信訂閱服務[1].目前微信在大學生中的使用率越來越高，已經成為大學生不可或缺的溝通交流和獲取信息的工具，同時也展現了其在教育領域應用的巨大潛力.PBL(Problem-Based Learning)最早起源于20世紀50年代的醫學教育, 是一種強調以學生的主動學習為主的學習方法；約翰·薩弗里(John R.Savery)指出，PBL是一種以學習者為中心的教學(課程)設計方法，讓學習者掌控學習和研究的過程，使理論與實踐相統一，并應用知識和技能去找出特定問題的可能解決方案[2,3].大學物理實驗是理工科專業學生的一門必修課程，對培養學生科學素養和提高學生科學實驗能力、創新能力有著重要的作用，也是培養學生自學能力、協作學習能力的一個良好途徑.

大學物理實驗課程傳統的教學模式是：課前預習、課堂實驗和課后實驗報告.而最常見的預習方式就是通過閱讀教材進行書面預習和到實驗室預做實驗[4].通過閱讀教材預習對實驗設備、操作等沒有直觀的體會，無法使學生清晰地了解實驗的具體內容、操作方式等；加上部分學生的學習習慣較差，預習報告、預習作業流于形式，甚至有個別同學根本不預習，導致課堂效率低，實驗過程中錯誤多，甚至會因為不預習而出現錯誤操作，存在很大的安全隱患；有些學習習慣差的學生還會跟著其他學生“混”實驗，實驗做完了也沒有全面了解所做實驗，實驗報告基本靠抄.課前到實驗室預做實驗的方式可以讓學生直接面對設備，對實驗原理、設備、操作方法等都有直觀的體會，但大多數時候由于實驗室的設備資源有限、人員不足、開放時間限制等因素，使得這種預習方式很難推廣.本文利用微信公眾平臺，改革傳統的實驗教學方法，希望對大學物理實驗教學改革提供一些新思路.

2 基于微信公眾平臺的實驗教學模式

2.1 基于微信公眾平臺的教學流程

基于微信公眾平臺的大學物理實驗教學流程分為預習準備→實驗預習→課堂實驗→完成實驗報告4個主要步驟，教學流程如圖1所示.在開始預習前先給學生發送預習思考題，讓學生帶著問題閱讀教材或平臺上發送的文字、圖片、動畫、視頻等資料，如果學生順利完成預習思考題，達到預習要求，則可進行實驗；如果在預習過程中遇到問題或無法完成預習思考題，則可通過平臺向教師、同學提問，解決問題后即可達到預習要求，并進行實驗.在實驗過程中，教師的主要任務就是現場指導實驗操作，實驗結束后在完成實驗報告過程中如果遇到問題還可以通過平臺與教師、同學討論，將課堂教學延伸到課下.

圖1 基于微信公眾平臺的大學物理實驗教學流程

2.2 基于大學物理實驗微信公眾平臺的學習過程

在實驗課前兩三天，通過微信公眾平臺給學生發送預習思考題、本次實驗的文字材料、實驗儀器的圖片、實驗操作的動畫、視頻等資料，讓學生帶著問題瀏覽微信公眾平臺中的相關信息.預習思考題的難易要適當，且盡可能體現實驗原理的關鍵點并與實驗操作過程相關聯，盡量讓學生能夠通過微信平臺發送的信息就能得到相應答案，否則有些學生可能看到預習思考題就被“嚇到”，在預習期間就對實驗產生了畏懼和排斥的心理.而且學生可以利用“碎片時間”，通過圖片、動畫、視頻等媒體進行預習，相對僅通過閱讀教材預習的方式更加直觀，而且不會造成時間上的壓力.

圖2 大學物理實驗微信公眾平臺——小實驗大道理截圖

例如,在“霍爾效應”實驗前，給學生發送的預習思考題是：

(1)什么叫霍爾效應；

(2)為什么金屬材料的霍爾效應不明顯，霍爾元件通常選擇半導體材料？

(3)什么是霍爾元件的靈敏度；

(4)在實驗內容1,2(見教材)中，霍爾元件應該放在什么位置？

(5)數據記錄表格中Im,Is前的“+”“-”號是什么意思？

其中(1)、(2)、(3)題涉及了霍爾效應基本原理的相關內容，而(3)中的靈敏度也是實驗內容1中需要測量的物理量，而(4)中霍爾元件的位置會影響到靈敏度的測量結果(如果元件放在磁場邊緣，則磁感應強度B偏小，會導致靈敏度的測量結果偏大，從而影響到后續實驗結果)；(5)中“+”“-”號的含義則與熱磁副效應相關[5].

因此，學生在解決了預習思考題的同時也對實驗原理、內容、待測量等有了較全面的了解.而且這些問題的答案在平臺發送的信息中都可以找得到，在實驗教材中也有詳細的介紹.學生回答這些問題的過程就是一個帶著明確目標通過教材、微信平臺所發信息預習的過程.如果有學生不能找到這些問題的答案，則可以通過平臺提問，提出的問題教師、同學都可以回答或討論，這也有助于培養學生協作學習能力和拉近師生之間的距離.

當教師看到學生在微信公眾平臺中的提問之后，不要急于回答，先“觀望”片刻，如果有其他學生回答，就先讓學生們討論，然后在恰當的時機加入討論，引導學生討論的方向.針對學生討論的具體情況，可以引導學生直接得出答案，或者引導學生找到方法，在實驗過程中找答案.如果學生在平臺中提出問題后沒有其他學生“響應”，教師應盡可能及時給予“響應”，(同時教師要重點關注此類問題，因為沒有學生響應，可能是因為這個問題是普遍存在的)同樣也要根據情況直接給出答案或者引導學生找到解決問題的方法.例如，在電流計改裝成安培表的實驗中，在預習思考題中有這樣一個問題：如圖3所示，如果改裝安培表的測量結果總是偏大，分流電阻應該調大還是調小呢？如果改裝伏特表的測量結果也偏大，限流電阻該怎么調節？

圖3 電流表、電壓表結構圖

在預習過程中，學生會通過理論分析計算解決問題，而分析計算的結果到底對不對呢？這時就可以引導學生在預習過程中通過理論分析得出結果，并在實驗過程中通過改變電路中電阻的值，來試驗電阻的值對改裝表測量結果的影響.由此不僅可以讓學生驗證自己的計算分析方法正確與否，同時也可以鍛煉學生通過實驗解決問題的能力，將理論知識與實踐結合起來.教師對平臺上學生提出和討論的問題要給予記錄，對一些典型問題可以在課堂實驗前給所有同學統一講解；對一些只有少數同學遇到的問題，可以在實驗過程中有針對性地給予關注和引導.

在利用大學物理實驗微信公眾平臺預習的過程中，也要注意不能讓學生形成只為完成預習思考題而預習的習慣.而是要讓學生通過問題的解決對實驗目的、實驗原理、實驗內容、待測量和測量方法等有一個全面系統的認識，形成清晰的實驗思路，盡可能形成自己的實驗方案.這可以通過一些在預習期間思考、在實驗過程中找答案的問題來引導學生.例如：我校電表改裝實驗用的是DH4508型電表改裝與校準實驗儀，如圖4所示，其待改裝表為一指針式電流表，而標準表為數字式電流表和電壓表.在改裝電表校準的過程中，是待改裝表取整數好，還是標準表取整數好呢(表1)？這個問題在學生預習過程中是不會有太多體會的，大多數學生覺得無所謂哪個取整數，關鍵是看改裝表和標準表讀數的差異.而在實驗過程中，學生才會發現如果標準表取整數，則當指針式改裝表的指針指在兩個刻度之間時，只能估讀，由此得到的ΔIX值誤差就會增大；而選擇改裝表為整數，則數字式標準表會顯示出一個在其精度范圍內的標準讀數，ΔIX值就不會因為估讀而引入額外的誤差.

圖4 DH4508型電表改裝與校準實驗儀

由于在預習過程中學生對實驗原理、實驗內容等都有了比較全面的了解，所以在課堂實驗中教師可以減少對這些內容的講授，而將重點放在對實驗注意事項、實驗中可能會遇到的問題等內容的強調上，讓學生有更多的時間動手實驗，讓學生在實驗過程中有時間“試錯”“改錯”.

表1 校準改裝電流表數據記錄表

在實驗結束后，學生在完成實驗報告的過程中同樣也會遇到這樣或那樣的問題，這時也可以通過平臺提問，通過教師、學生共同討論找到正確答案，也可提高實驗報告的質量.

3 基于微信公眾平臺的實驗教學模式的優點

利用大學物理實驗微信公眾平臺的教學改革重點放在實驗預習階段，融入了問題式學習和協作學習的元素.學生在開始預習之前就給學生發送預習目標——預習思考題.讓學生帶著問題來閱讀觀看教材，平臺中發送的文字、圖片、動畫、視頻等信息，使學生在預習過程中有明確的針對性.避免學生在預習后出現“我每一個字都讀懂了，但還是不知道實驗要做什么？怎么做？”的現象.

預習思考題分成兩種類型，一種是在預習期間可以解答并且為順利實驗奠定基礎的，例如在霍爾效應實驗中的

(1)什么叫霍爾效應；

(2)為什么金屬材料的霍爾效應不明顯，霍爾元件通常選擇半導體材料？

(3)什么是霍爾元件的靈敏度？

這種類型的問題在預習期間就可以完全解答，屬于理論型的.另一種類型的題是“理論+實踐型”或“實踐型”的，例如在電表的改裝實驗中“如果改裝表的測量結果總是偏大，該怎么解決？”這種問題學生可以通過理論計算得到結果，也可以通過實驗來找到答案.學生通過實驗來驗證自己理論推導結果的過程不僅使學生對推導結果有一個直觀的體會，同時還可將理論知識和實驗現象融合在一起，從而改變學生理論知識和實踐技能脫節的現象.“在校準改裝電表的過程中，是待改裝表取整數好，還是標準表取整數好呢？”這類問題在預習過程中學生不好用理論知識來分析答案，于是他們就會帶著問題在實驗過程中來求證.所以，這些問題從預習過程中一直延續到實驗過程中，學生帶著疑惑進行實驗，就會使學生保持著實驗的積極性和主動性.

而且，這種教學模式將實驗目的、實驗原理、實驗內容等學習過程主要放在課外，由學生通過自主學習和通過微信公眾平臺與教師、同學討論的方式完成實驗前的知識積累，所以在實驗課上，教師只需要對注意事項和典型問題進行強調，可節約出大量時間讓學生進行實驗，教師也有更多的精力和時間對學生的實驗操作、實驗技能進行指導，可從一定程度上改善目前普遍存在的課時不足的狀態[6].

4 總結

當代社會需要人們具有獨立獲取并應用知識的能力、解決問題的能力、合作的能力、綜合技能以及繼續學習的能力，而這一基于微信公眾平臺的實驗教學模式引入了問題式學習模式和合作學習的元素，不僅能改進學生預習的質量、提高實驗效率，還可培養學生的自學能力、合作能力等.